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脱氧紫罗碱（deoxyviolacein）作为天然色素应用广泛，但天然生产方式受限。研究人员对产 L - 色氨酸（L-Trp）的大肠杆菌进行系统代谢工程改造。最终工程菌株 dVio25 产量达 12.18 g/L，为其生产及芳香化合物合成提供新思路。
在五彩斑斓的工业世界里，天然色素一直备受青睐，脱氧紫罗碱便是其中一员。它不仅拥有独特的颜色，还具备多种生物活性，在食品、化妆品和制药领域都有着广阔的应用前景。然而，天然生产脱氧紫罗碱的过程却困难重重。产生脱氧紫罗碱的色杆菌属（Chromobacterium），其中的紫色色杆菌（Chromobacterium violaceum）对人和动物具有致病性，可能引发致命感染，这使得从天然来源获取脱氧紫罗碱的方式在工业应用中受到极大限制。此外，直接从天然生产者中提取脱氧紫罗碱的效率也很低，无法满足日益增长的市场需求。在这样的背景下，寻找一种安全、高效的脱氧紫罗碱生产方法迫在眉睫。
为了解决这些难题，国内的研究人员踏上了探索之旅。他们将目光聚焦于大肠杆菌（Escherichia coli），希望借助现代生物技术，对大肠杆菌进行改造，实现脱氧紫罗碱的高效生产。经过不懈努力，研究人员成功构建出一株能高产脱氧紫罗碱的大肠杆菌菌株。该菌株合成脱氧紫罗碱的能力达到了 12.18 g/L，这一成果十分亮眼，为脱氧紫罗碱的工业化生产带来了新希望，也为其他芳香化合物的生物合成提供了宝贵的借鉴经验。此研究成果发表在《Bioresource Technology》上，引起了业内广泛关注。
研究人员在此次研究中运用了多种关键技术方法。首先是诱变技术，通过大气和室温等离子体（ARTP）诱变，筛选出能产生 L - 色氨酸（L-Trp）的菌株。接着利用基因工程技术，将脱氧紫罗碱合成途径导入大肠杆菌，同时对相关基因的表达进行调控。此外，还采用了可调节基因间区域（TIGR）技术结合 L - 色氨酸高通量筛选（HTS）平台，筛选出能更好平衡前体供应的突变体，以此提高脱氧紫罗碱的产量。
下面来具体看看研究结果：
- 构建脱氧紫罗碱生产菌株：以经过多维工程改造的 L - 色氨酸高产菌株大肠杆菌 Trp 为宿主。先通过基于核糖开关的生物传感器与 ARTP 诱变相结合的方法，筛选得到产 L - 色氨酸的大肠杆菌 Mut 菌株，在此基础上对启动子和 N2端编码序列进行工程改造。将紫色色杆菌的脱氧紫罗碱合成途径导入大肠杆菌 Trp 后，通过调节质粒拷贝数和基因簇表达，在摇瓶培养中脱氧紫罗碱积累量达到 1.15 g/L。
- 多模块工程优化：研究人员对葡萄糖摄取系统和中心代谢进行改造，增强前体供应，如磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）、赤藓糖 4 - 磷酸（E4P）和莽草酸等。为了协调代谢通量分布，利用构建的可调节基因间区域（TIGR）文库结合新型 L - 色氨酸生物传感器，对 aroGQ151F、ppsA 和 tktA 的最佳表达进行调控。
- 最终菌株性能：经过一系列优化，表现最佳的工程菌株 dVio25 成功从葡萄糖中积累了 12.18 g/L 的脱氧紫罗碱，展现出目前具有竞争力的产量。
研究结论表明，通过系统代谢工程成功开发出高产脱氧紫罗碱的大肠杆菌菌株。在 L - 色氨酸高产菌株中构建并优化了脱氧紫罗碱合成途径，还通过基因组测序鉴定出 AroG 和 TrpE 新的反馈抗性位点。多模块工程改造有效提高了脱氧紫罗碱的产量。这一研究成果意义重大，不仅为脱氧紫罗碱的生产提供了一种有前景且可持续的替代方法，还为其他芳香化合物的生物合成提供了可行的策略，推动了微生物发酵生产高附加值化合物领域的发展，有望在未来实现相关产业的升级，让安全、高效生产脱氧紫罗碱等芳香化合物成为现实。
